混凝土冻害劣化机理

【摘 要】 混凝土冻害会使混凝土的组织膨胀劣化、表面层剥落与开裂等现象，冻害对建筑物的正常使用产生了較大影响，甚至危及安全问题，本文讨论了混凝土劣化的机理。

【关键词】 混凝土；冻害；机理

【Abstract】 Freezing of concrete will cause deterioration of the concrete's tissue expansion， peeling and cracking of the surface layer， etc. Freezing damage will have a greater impact on the normal use of the building and even endanger the safety problem. This paper discusses the mechanism of concrete degradation.

【Key words】 Concrete；Freezing damage；Mechanism

随着国民经济的不断发展，各种各样的建筑物在不断地涌现，混凝土是大部分建筑物的主要材料之一，在寒冷地区，混凝土的冻害对建筑物的正常使用产生了较大影响，甚至危及安全问题，本文讨论了混凝土冻害劣化的机理。

1. 冻害的定义与类型

混凝土中的冻害，是由于混凝土细孔中的水分受到冻结，伴随着这种相变，产生膨胀压力；剩余的水分流到附近的孔隙和毛细管中，在水运动的过程中，产生液体压力；膨胀压力及液体压力，使混凝土被破坏。这种现象称之为混凝土的冻害，冻害的基本机理除了混凝土的组织膨胀劣化之外，表面层剥落与开裂等现象均会发生。

1.1 膨胀劣化。

这是混凝土冻害的基本机理，一般结构物均能见到的一种冻害现象。劣化基本原因是由于混凝土中水分冻结，水泥石的组织发生膨胀，初期时观察到裂纹发生，继续进行冻融时，混凝土的组织产生崩裂。混凝土由于冻融而产生的裂纹是龟甲状的。当混凝土内部膨胀超过极限值时，部分混凝土产生崩裂。对于这种冻害，掺人适量的引气剂是相当有效的。

1.2 表层剥离。

由于混凝土表面受水分濡湿，潮湿部分由于膨胀劣化，出现表层剥落。在这种情况下，仅掺人引气剂是对付不了的，最重要的是降低水灰比和充分养护，使混凝土的结构致密。

混凝土由于冻害表层剥离有如下几种情况：

（1）水灰比大的混凝土受冻融作用时，常常产生表层剥落；

（2）海水等盐害与冻融复合作用时，发生表面剥落；

（3）由于泌水，混凝土表层疏松，冻融时，表面剥落。

1.3 崩裂。

由于使用了多孔质吸水率高的骨料，骨料中水分冻结膨胀，骨料表面砂浆剥离，这种现象称为崩裂。在这种情况下，即使掺人引气剂，也难以预防。

2. 冻害劣化机理

2.1 除了由于崩裂之外，混凝土的冻害破坏，基本上都是由于冻融作用、硬化水泥石的组织结构发生膨胀而造成的。发生冻害的混凝土，在冻结时发生异常的膨胀；解冻后，有一部分膨胀仍残留下来。受冻温度越低，膨胀值越大，残留膨胀值是冻害劣化的指标，动弹性模量降低。抗拉强度降低。如图1和图2所示。

2.2 Powem的水压理论：冻害是由于混凝土孔缝中水的结冰，生成压力使水移动，水在移动过程中产生液体压力。T.C.Powers理论能说明以下几点。

（1）冻害是从温度低的表层开始，表层毛细管中的水分先冻结。

（2）伴随着水分冻结而发生膨胀，挤压未冻结的水分，向未受冻的混凝土内部移动。

（3）向内部流动的水，通过微孔过程发生粘性阻力，形成水的压力梯度；这种水的移动压力如果超过混凝土的抗拉强度，就会产生混凝土的劣化。

2.3 当混凝土的组织致密、透水性越低，冻结速度越快，冻结水量越多时，移动水的压力就会越大。这个机理说明了由于引气，缓和了水流压力，有效地防止了冻害。而水压力的缓和与水的移动距离，与气泡间隔系数间的关系是十分重要的。

2.4 伴随着冻结温度降低，劣化继续进行，但这个理论并不能说明即使是0℃以下也持续膨胀，但混凝土并没有劣化。为此，其后对该理论进行了修正。加入了：“毛细管中水分冻结之后，凝胶水向冰晶方向扩散”的内容；也就是说，必须注意到结冰形成时，一部分水泥石产生膨胀，而另一部分由于C-S-H凝胶失水，会产生收缩，要考虑到这两部分的叠加作用。

2.5 关于水分扩散移动的作用，从未冻结内部向冻结表层移动和扩散，是其重要的观点。

（1）临界饱和度 水结冰时压力显著增大。如混凝上内部具有一定含气量时，就可以避免结冰压力带来的损伤破坏、也就是说，冻害发生与否与混凝上的饱水程度有关（见图3）：超过临界饱和度的混凝上就发生受冻破坏。

（2）水分冻结温度 通常水处于结冰阶段时，发生9%的体积膨胀。混凝土在0℃以下的温度时，随着温度降低，混凝土体积持续膨胀；劣化也随着温度的降低而严重。因为随着温度降低，比较小的孔径中的水结冰；温度越低，结冰的水量增大，影响也越大。在细毛细孔中的水分，结冰温度比水的相变温度低。混凝土中的水含有盐类时，冻结温度也随之降低。

参考文献

[1] 张雄. 张永娟. 现代建筑功能材料 [M]. 化学工业出版社，2009.

[2] 陈建奎. 《混凝土外加剂原理与应用》中国计划出版社， 2004.

[文章编号] 1619-2737（2018）01-18-638

[作者简介] 陈善江（1973.8-），男，籍贯：浙江新昌，工作单位：浙江景成工程管理有限公司。